MANYETİZMA ve MANYETİK AKI NEDİR?

Manyetizma nedir ? Manyetizma nasıl oluşur ? Manyetik akı nedir ? Manyetik akı kuralları ve çalışma prensibi nedir ? Manyetik alan ve büyüklüğü nedir ? Bu ve benzeri sorulara yanıt aradığımız Manyetizma & Manyetik akı nedir adlı yazımızla karşınızdayız.

Başlayalım.

MANYETİZMA & MANYETİK AKI

Bir iletken etrafında akan akımın yönü ile belirlenen “Kuzey” ve “Güney” kutuplarıyla , manyetik alanın yönü belirlenir ve iletken etrafında küçük bir manyetik alan oluşur.

Manyetizma, Elektrik ve Elektronik Mühendisliğinde önemli bir rol oynar çünkü röleler, solenoidler, indüktörler, bobinler, bobinler, hoparlörler, motorlar, jeneratörler, transformatörler ve elektrik sayaçları gibi bileşenler, manyetizma yoksa işe yaramazlar.

Sonra her tel bobini, içinden bir elektrik akımı geçtiğinde elektromanyetizma etkisini kullanır.Fakat Manyetizma ve özellikle Elektromanyetizmaya daha detaylı bakmadan önce, mıknatısların ve manyetizmanın nasıl işlediğine dair fizik kuramlarını hatırlamamız gerekiyor.

Manyetizmanın Doğası

Mıknatıslar, doğal bir durumda manyetik cevher biçiminde bulunabilir ki iki ana tür de “demir oksit”, (FE3O4) ve Lodestone olarak adlandırılan bir türdür.Bu iki doğal mıknatıs bir ip parçasından asılırsa, Dünya’nın manyetik alanına göre her zaman kuzeye dönük olacak şekilde dururlar.

Bu etkinin iyi bir örneği bir pusulanın iğnesidir.Pratik uygulamaların çoğu için, bu doğal olarak meydana gelen mıknatıslar, manyetizmaları çok düşük olduğundan ve günümüzde insan yapımı yapay mıknatıslar birçok farklı şekil, boyut ve manyetik güçte üretilebildiği için göz ardı edilebilir.

Tipik olarak uygulamasına bağlı olarak kullanılan “Daimi Mıknatıslar” ve “Geçici Mıknatıslar” olmak üzere iki çeşit manyetizma vardır.Demir, nikel, nikel alaşımları, krom ve kobalt gibi mıknatıslar yapmak için pek çok farklı malzeme türü vardır ve doğal hallerinde nikel ve kobalt gibi bu elementlerin bazıları kendi başına çok zayıf manyetik miktarlar gösterirler.

Bununla birlikte, demir veya alüminyum peroksit gibi diğer malzemelerle birlikte karıştırıldığında veya “alaşımlı” olduklarında, “alcomax”, “hycomax”, “alni” ve “alnico” gibi çok güçlü mıknatıslar haline gelirler.

Manyetik olmayan durumdaki manyetik malzeme moleküler yapısına, gevşek manyetik zincirler veya rastgele bir düzende gevşek biçimde düzenlenmiş bireysel küçük mıknatıslar şekline sahiptir.

Materyal manyetize edildiğinde, moleküllerin bu rasgele düzenlemesi değişir ve minik hizalanmamış ve rastgele moleküler mıknatıslar, bir seri manyetik düzenleme üretecek şekilde “sıralı” hale gelir. Ferromanyetik malzemelerin moleküler hizalanması fikri, Weber’in Teorisi olarak bilinir ve resimde de gösterilmiştir.

Bir Demir Parçası ve Mıknatısın Manyetik Molekül Hizalaması

Weber’in teorisi, atom elektronlarının dönme etkisinden dolayı tüm atomların manyetik özelliklere sahip olduğu gerçeğine dayanmaktadır.Atom grupları, manyetik alanlarının hepsi aynı yönde dönecek şekilde biraraya gelir.

Manyetik malzemeler, atomların etrafındaki moleküler seviyede küçük mıknatıs gruplarından oluşur ve mıknatıslanmış bir malzeme, bir kuzey yönünde ve diğer yönde bir güney kutbu üretmek için bir yönde sıralanan küçük mıknatısların çoğuna sahip olacaktır.

Aynı şekilde, her yönde minik moleküler mıknatıslarına sahip olan bir malzeme, komşu mıknatısı tarafından nötrleştirilmiş moleküler mıknatıslarına sahip olacak ve böylece herhangi bir manyetik etkiyi etkisiz hale getirecektir.

Moleküler mıknatısların bu alanlarına “domain” denir.

Herhangi bir manyetik malzeme, yörünge ve dönen elektronlar tarafından oluşturulan malzemedeki manyetik alanların hizalanma derecesine bağlı olan bir manyetik alan üretecektir.Bu hizalama derecesi, mıknatıslanma : M, olarak bilinen bir miktar ile belirtilebilir.

Manyetikleştirilmemiş bir malzemede, M = 0’dır, ancak manyetik alan giderildikten sonra alanların bazıları malzemedeki küçük bölgeler üzerinde hizalı kalır.Malzemeye bir mıknatıslama kuvveti uygulamanın etkisi, sıfır olmayan bir mıknatıslanma değeri üretmek için bazı alanların hizalanmasıdır.

Mıknatıslanma kuvveti alındıktan sonra, malzemenin içindeki manyetizma kullanılan manyetik malzemeye bağlı olarak ya hızlı bir şekilde stabil kalacaktır ya da azalacaktır.Bir malzemenin manyetizmasını koruma yeteneğine, Kalıcılık denir.

Manyetizmalarını korumak için gerekli olan malzemeler oldukça yüksek bir dayanıklılığa sahip olacak ve bu şekilde kalıcı mıknatıslar yapmak için kullanılacak, röle ve solenoidler için yumuşak demir çekirdekler gibi manyetizmalarını hızlı bir şekilde kaybetmesi gereken malzemeler çok düşük bir dayanıklılığa sahip olacaktır.

Manyetik Akı

Tüm mıknatıslar, şekilleri ne olursa olsun, etrafında manyetik akıların etrafında ve çevresinde manyetik bir kutup içinde ve çevresinde görülen, görünmez akıcı çizgilerden oluşan belli bir organize ve dengeli desen zinciri üreten manyetik kutup olarak adlandırılan iki bölgeye sahiptir.

Bu akı çizgileri topluca mıknatısın “manyetik alanı” olarak adlandırılır.Bu manyetik alanın şekli, bazı kısımlarda “mıknatıs” olarak adlandırılan ve mıknatıs alanı “kutup” olarak adlandırılan alandan daha yoğundur.Bir mıknatısın her iki ucunda bir kutup vardır.

Bu akı çizgileri (vektör alanı olarak adlandırılır) çıplak gözle görülemez, ancak bir kağıdın üzerine serpilen demir dolguları kullanarak veya bunları izlemek için küçük bir pusula kullanarak görsel olarak görülebilir.

Manyetik kutuplar her zaman çiftler halinde bulunur, her zaman Kuzey kutbu adı verilen mıknatısın bir bölgesi vardır ve her zaman Güney kutbu olarak adlandırılan zıt bir bölge vardır.

Manyetik alanlar daima görsel olarak, akı çizgilerinin daha yoğun ve konsantre olduğu malzemenin her bir ucunda belirli bir kutup veren kuvvet çizgileri olarak gösterilir.Yönü ve yoğunluğu gösteren manyetik bir alan oluşturan hatlara Kuvvet Hatları veya daha yaygın olarak “Manyetik Akı” denir ve aşağıda gösterildiği gibi Yunanca sembolü Phi (Φ) verilmiştir.

Kuvvet Hatlarının Bar Mıknatıs Manyetik Alanı

Resimde de gösterildiği gibi, manyetik alan, mıknatısın kutuplarına en yakın olanıdır, akı çizgileri daha yakından yerleştirilmiştir.Manyetik akı akışı için genel yön Kuzey (N) ‘den Güney (S)’e kadardır.Ek olarak, bu manyetik çizgiler mıknatısın kuzey kutbunda bırakıp güney kutbuna giren kapalı döngüler oluşturur.Manyetik çizgiler her zaman çiftler halindedir.

Bununla birlikte, manyetik akı aslında kuzeyden güney kutbuna akmaz ya da manyetik akı, manyetik kuvvetin var olduğu bir mıknatısın etrafındaki statik bir bölge olduğu için ,herhangi bir yere akmaz. Başka bir deyişle, manyetik akı akmaz veya hareket etmez, sadece oradadır ve yerçekimi tarafından etkilenmez.Kuvvet çizgilerini çizerken bazı önemli gerçekler ortaya çıkar:

Kuvvet çizgileri ASLA kesişmez.

Kuvvet çizgileri SÜREKLİDİR.

Kuvvet çizgileri her zaman mıknatıs çevresinde ayrı bir Kapalı Döngü oluşturur.

Kuvvet çizgilerinin kuzeyden güneye olan kesin bir yönü vardır.

Birbirine yakın olan kuvvet çizgileri Güçlü bir manyetik alan gösterir.

Daha uzaktaki kuvvet çizgileri, weak (daha zayıf) manyetik alanı gösterir.

Manyetik kuvvetler elektrik kuvvetleri gibi çeker ve iterler ve iki kuvvet çizgisi bir araya getirildiğinde iki manyetik alan arasındaki etkileşim iki şeyden birinin gerçekleşmesine neden olur:

1.  Bitişik çizgiler aynı olduğunda, (kuzey-kuzey veya güney-güney) birbirlerini iterler.

2.  Bitişik çizgiler aynı olmadığında, (kuzey-güney veya güney-kuzey) birbirlerini çekerler.

Bu etki, “karşıtların birbirini çektiği” ifadesi ile kolayca hatırlanır ve manyetik alanların bu etkileşimi bir mıknatıs etrafındaki kuvvet çizgilerini göstermek için demir dolguları kullanarak kolayca gösterilebilir.Çeşitli kutup kombinasyonlarının manyetik alanları üzerindeki etkisi, benzer kutupların itici ve kutupların aksine çekmesi gibi resimde görülmektedir.

Benzer Olmayan ve Benzer Kutupların Manyetik Alanı

Manyetik alan çizgilerini bir pusula ile çizerken, kuvvet çizgilerinin, kuvvet çizgilerinin Kuzey kutbundan ayrıldığı ve tekrar girip Güney Kutbuna girdiği mıknatısın her bir ucunda belirli bir kutup verecek şekilde üretildiği görülecektir.

Manyetik materyal ısıtılarak veya baskı uygulanarak manyetizma zarar görebilir, ancak mıknatısı iki parçaya bölerek yok edilemez veya izole edilemez.

Yani normal bir çubuk mıknatısı alıp iki parçaya bölerseniz, iki yarı mıknatısa sahip değilsinizdir, bunun yerine her kırık parça bir şekilde kendi Kuzey kutbuna ve bir Güney kutbuna sahip olacaktır.

Bu parçalardan birini alıp tekrar ikiye bölerseniz, daha küçük parçaların her birinin bir Kuzey kutbu ve bir Güney kutbu olacak.

Mıknatısın parçaları ne kadar küçük olursa olsun, her bir parça hala bir Kuzey kutbuna ve bir Güney kutbuna sahip olacaktır.

Daha sonra, manyetik veya elektronik hesaplamalarda manyetizmadan faydalanmamız için, manyetizmanın çeşitli yönlerinin ne olduğunu tanımlamamız gerekir.

Manyetizmanın Büyüklüğü

Şimdi, kuvvet çizgilerinin ya da daha genel olarak bir manyetik malzemenin etrafındaki manyetik akının, Yunan sembolü olan Phi (Φ) olarak verildiğini biliyoruz, akı birimi, Wilhelm Eduard Weber’den gelir ve Weber’dir (Wb).

Ancak, belirli bir birim alandaki kuvvet hatlarına “Akı Yoğunluğu” denir ve akı (Φ) metre cinsinden (Wb) ve alan (A) cinsinden ölçüldüğü için (m2), bu nedenle Webers/M^2 veya (Wb/m^2) ve B sembolü ile verilir.

Bununla birlikte, manyetizmadaki akı yoğunluğuna atıfta bulunulduğunda, akı yoğunluğu Nikola Tesla’dan sonra Tesla birimi olarak verilmektedir, bu nedenle bir Wb/m2 = bir Tesla, 1Wb/m^2 = 1T’ye eşittir.

Akı yoğunluğu kuvvet çizgileriyle orantılıdır ve alanla ters orantılıdır, bu nedenle Akı Yoğunluğunu şu şekilde tanımlayabiliriz:

Manyetik akı yoğunluğu

Manyetik akı yoğunluğu = Manyetik Akı(weber) / Alan (m^2)

Manyetik akı yoğunluğu sembolü B’dir ve manyetik akı yoğunluğu birimi Tesla, T’dir.

Formül :   B = Φ/A

Akı yoğunluğu için tüm hesaplamaların aynı birimlerde yapıldığı unutulmamalıdır.

Manyetizma Örnek 1

Bir manyetik çubukta bulunan akı miktarı 0.013 weber olarak ölçülmüştür.Malzemenin çapı 12 cm ise, akı yoğunluğunu hesaplayın.

Manyetik malzemenin kesit alanı m2 cinsinden:

Çap : 12 cm

Alan : πr²

A = 3.142 x 0,06²  = 0.0113 m²  

Manyetik akı 0.013 weber olarak verilir, bu nedenle akı yoğunluğu şu şekilde hesaplanabilir:

B = Φ/A  = 0.013 / 0.0113 = 1.15T

Böylece akı yoğunluğu 1.15 Tesla olarak hesaplanmış olur.

Elektrik devrelerinde manyetizma ile uğraşırken, bir Tesla’nın bir manyetik alanın yoğunluğu olduğu, manyetik alana 1 amper dik açılarda taşıyan bir iletkenin üzerinde bir Newton metre uzunluğunda bir kuvvet yaşadığı unutulmamalıdır.

MANYETİZMA & MANYETİK AKI SONUÇ :

Bugün Manyetizma ve Manyetik akı nedir adlı yazımızla karşınızdaydık.Umuyorum güzel bilgiler edinmişsinizdir.

İyi Çalışmalar